Le Grand Hadron Collider associe des protons depuis des années. Mais récemment, une collision de protons a produit un résultat improbable qui constitue la première étape vers l’exploration de ce que l’on appelle le « zeptoverse », une échelle de réalité plusieurs fois plus petite qu’un atome. Il s’agirait de la plus petite échelle du monde physique jamais explorée et pourrait défier nos attentes quant au fonctionnement de la physique.
En écrasant des protons ensemble à une vitesse proche de celle de la lumière, les scientifiques du CERN ont découvert des preuves de l’une des désintégrations les plus improbables de la matière, si improbable qu’il s’agit d’un phénomène que les physiciens espèrent observer depuis plus de quatre décennies. La collision a produit de nombreuses particules, dont certaines connues sous le nom de mésons B neutres, et les scientifiques ont trouvé des signaux indiquant que l’une d’entre elles s’était désintégrée en un muon et un antimuon.
Les mésons se désintègrent constamment. Ces minuscules particules, plus petites que les atomes, résultent de collisions entre d’autres particules et n’existent que brièvement avant de se transformer en d’autres particules. Les muons, quant à eux, sont similaires aux électrons présents dans les atomes, mais environ 200 fois plus lourds. Les scientifiques étudient ces particules et leurs désintégrations pour tester les prédictions de la physique actuelle et rechercher des indices sur des particules inconnues.
Le modèle standard – une sorte de bible de la physique des particules – prédit que pour 10 milliards de désintégrations de mésons B neutres, cette transformation se produira une fois. En d’autres termes, même si les scientifiques observaient la désintégration de 10 milliards de ces particules, ils s’attendraient à trouver, en moyenne, un seul muon et un seul antimuon. Cette découverte est la première fois qu’une expérience obtient des preuves de ce phénomène, dont les chercheurs ont mis à disposition les détails dans une prépublication sur arXiv.
“Les physiciens recherchent cette désintégration depuis plus de 40 ans”, a déclaré Marco Santimaria, qui a codirigé l’équipe internationale d’analyse, dans un communiqué de presse du CERN. “Une précision extrême est nécessaire pour distinguer les muons de l’arrière-plan écrasant.”
L’extraordinaire rareté de ce processus explique pourquoi il a fallu des décennies de recherche pour parvenir à cette découverte. Mais les améliorations apportées au Large Hadron Collider en 2024 ont également rendu possible l’observation de ce phénomène. La refonte a permis une collecte de données plus rapide et de nouvelles techniques d’apprentissage automatique ont permis aux chercheurs de « supprimer le vaste ensemble de processus qui autrement auraient submergé les signaux de ces rares désintégrations de particules de beauté », comme le décrit le CERN dans sa déclaration.
Cette désintégration ouvre une nouvelle voie pour étudier les limites de ce que les scientifiques ont pu observer. Pour l’instant, les résultats sont cohérents avec les prédictions actuelles de la physique, mais de futures mesures pourraient révéler des phénomènes propres au zeptverse, qui décrit l’échelle sur laquelle les distances sont mesurées en zeptomètres (équivalent à un quadrillionième de mètre). Pour mettre cette unité en perspective, un atome typique mesure environ 100 000 millions de zeptomètres de diamètre. Il s’agit également de la différence de taille entre vous et l’une de vos cellules cutanées.
Au-delà du zeptverse se trouvent des échelles encore plus petites, comme la longueur de Planck, qui est d’environ 60 billion fois plus petit qu’un zeptomètre et la plus petite unité théoriquement possible en physique. Les scientifiques ne savent toujours pas si quelque chose existe réellement à ce niveau, mais il est généralement admis que la physique telle que nous la connaissons s’effondre complètement à cette échelle. Cependant, si les scientifiques pouvaient accéder à ce micro-monde, cela pourrait nous aider à comprendre la première fraction infinitésimale de seconde après le Big Bang, lorsque l’univers entier avait une telle taille.
Mais pour l’instant, une grande partie de ce qui pourrait s’y produire reste du domaine de la spéculation.
Cette histoire a été initialement publiée sur FILAIRE en espagnol et a été traduit de l’espagnol.
